论文摘要
作为城市发展建设中清洁的能源,天然气的消费比例近年来快速增长。天然气成分中85-90%为甲烷（CH4）,燃烧后产生大量水蒸汽,汽化潜热可观。采用一定的技术手段对潜热加以回收利用,不但能提高天燃气的利用效率,满足节能降耗的要求,同时也可以实现水的回收。尤其对于以加湿来提高效率的湿化燃气轮机循环,潜热及水回收更能提高系统的可行性和经济性。现有烟气直接和间接冷凝法用于燃气潜热的回收方式不但受烟气露点影响显著,而且很难实现水及热同时回收,缺陷明显。针对以上问题,本文提出采用吸收式热泵开式循环的方式。开式循环的吸收式热泵系统将闭式循环的热泵系统与液体干燥减湿原理进行结合,是用于燃气潜热及水回收的新型技术手段。本文以供暖型开式循环吸收式热泵系统为基础,构建了第二类开式循环吸收式热泵系统。该系统以CaCl2溶液为吸收剂,烟气中的水为工质,通过吸收—再生—冷凝过程,实现潜热及水的回收。针对该系统,本文开展了系统模拟分析及关键部件实验研究。具体工作及结果如下:（1）以回收潜热用于供暖为典型应用背景,分别对开式循环吸收式热泵及冷凝方式的潜热及水回收效果进行了比较。结果表明,冷凝法受烟气露点影响显著,而开式吸收式热泵不受露点影响,潜热回收量及水回收量均大大高于冷凝法。（2）对开式循环吸收式热泵系统进行了热力学评价。设计条件下系统性能系数（COP）为0.65,不低于同类闭式循环吸收式热泵系统。系统的总（火用）效率为51.1%。对各部件的（火用）分析表明,冷凝器不具备促进系统效率提高的潜力,仅具有回收冷凝水的作用,总（火用）效率的进一步提高需要通过减小吸收器及再生器的（火用）损来实现。（3）针对带冷却的降膜式吸收器,建立了沿吸收器高度的一维模型。计算得到的气侧传质系数合理。参数分析表明,进口参数变化对气侧温度影响较小,而对溶液及冷却水温度影响较大。增大降膜管径及增加降膜管长度均利于热量及水的回收利用。（4）建立了开式循环吸收式热泵系统变工况模型,在系统确定条件下,就外界参数变化对系统运行的影响进行了分析。结果表明,在所选则参数范围内,系统性能系数（COP）变化不大,变工矿性能较好。相同供热范围内,烟气湿度变化时,系统性能最稳定;烟气温度及流量,冷却水温度及流量可以作为互相调节的参数,保证系统稳定运行。（5）以实现湿空气透平（HAT）循环的烟气余热及水同时回收为目的,针对HAT循环优化流程,根据不同应用背景,构建了多类型吸收式热泵系统并与HAT循环进行了集成。对集成系统的研究分析表明,不同的热泵配置和与HAT循环的集成方式可不同程度实现供热、解决水回收及烟气排放等问题。开式循环吸收式热泵水回收效果优于闭式循环;输出高温热量的第二类吸收式热泵系统对集成系统的综合效率的提高有促进作用,输出中温热量的吸收式热泵系统可实现高效热电联供。（6）搭建了开式循环吸收式热泵系统实验台,分别进行了溶液再生及吸收的实验研究。溶液再生实验验证了压力、溶液浓度及溶液沸点之间的关系;溶液再生热负荷实验与理论值的相对误差在2%左右。在溶液吸收实验中,通过切向进气孔实现了传质效果强化。实验结果验证开式循环吸收式热泵系统理论可信,流程概念可实现。本文的研究证实了开式循环吸收式热泵系统用于燃气潜热及水回收的有效性和可行性。本文的研究结果具有实用价值,并为该方向的进一步深入提供了一定的理论基础和依据。